Biologisen tutkimuksen pohjana ovat aikaisemmat havainnot tai ilmiöt, jotka tarvitsevat tarkempaa tutkimista. Aikaisempien havaintojen perusteella tutkija laatii yhden tai useamman hypoteesin eli perustellun olettamuksen. Hypoteesi on todennäköinen selitys tutkittavalle ilmiölle. Hypoteesin perusteluiden tulee pohjautua aikaisempiin teorioihin, havaintoihin ja tutkimuksiin. Hypoteesi muotoillaan väitteen muotoon, jonka paikkansapitävyyttä testataan tutkimuksessa. Seuraavaksi tutkija testaa hypoteesinsa paikkansapitävyyttä tekemällä hypoteesin pohjalta ennustuksia. Näitä ennustuksia voidaan testata tekemällä havaintoja tai laatimalla kokeita.

Usein tutkija asettaa selkeitä tutkimuskysymyksiä, joilla pyritään selvittämään, pitävätkö ennusteet paikkansa. Koe on toistettava monta kertaa ennen kuin voidaan sanoa, että tulokset ovat luotettavia. Jos ennusteet eivät toteudu, hypoteesi todetaan kokeen perusteella vääräksi. Tällöin hypoteesi hylätään. 

Tieteellisen menetelmän luonteeseen kuuluu, ettei hypoteesia koskaan kokonaan hyväksytä, mutta se voidaan hylätä uuden tiedon perusteella. Tämä toimintaperiaate johtaa siihen, että tieteellinen tieto on jatkuvasti tarkentuvaa ja itseään korjaavaa.

Luonnontieteelliseen tutkimukseen kuuluu, että koe on toistettavissa muidenkin tutkijoiden toimesta. Siksi koejärjestelyistä ja tuloksista laaditaan raportti eli tarkka kuvaus.

Jos muissakin tutkimuksissa saadaan samanlaiset tulokset ja johtopäätökset, tutkimustuloksia voidaan pitää luotettavina. Tutkittavaan ilmiöön liittyvistä tiedoista voidaan koota yhtenäinen teoria eli tieteellinen selitys ilmiölle.


Biologinen tutkimus ei aina etene suoraviivaisesti, sillä tutkimuksen aikana voi nousta esille kysymyksiä, joiden takia tutkimusasetelma voi vaatii tarkennusta. Joskus tutkimuskysymykseen ei voida vastata ja tulokset eivät tue aluksi asetettua hypoteesia. Tällöin palataan taaksepäin ja muotoillan uusi hypoteesi, jota lähdetään tutkimaan uudestaan.

Havainnosta teoriaan.